Temperatuurmeting

Wat moet u weten over weerstandstemperatuursensoren?

Weerstandstemperatuursensoren worden in een groot aantal toepassingen voor temperatuurmeting gebruikt. Daarom verschillen zij in hun uitvoering - met aansluitkop of aansluitkabel - en met betrekking tot toepassing. Al naar gelang toepassing kan gekozen worden voor inzet van verschillende meetinzetten zoals Pt100, Pt500 of Pt1000. Bovendien wordt bij het aansluiten van weerstandstemperatuursensoren een onderscheid gemaakt tussen tweedraads-, driedraads- en vierdraadstechniek.

Hoe is een weerstandstemperatuursensor opgebouwd?

Er zijn verschillende weerstandstemperatuursensoren. De meest voorkomende zijn sensoren met aansluitkop of met aansluitkabel.

Een weerstandstemperatuursensor met aansluitkop heeft een modulair ontwerp: Het bestaat uit de meetinzet, de huls, de aansluitkop en de daarin geplaatste aansluitsokkel en eventueel flenzen of knelkoppelingen. Alleen dat deel van de sensor dat rechtstreeks door de gemeten variabele wordt beïnvloed, wordt de temperatuursensor genoemd.

Bij weerstandstemperatuursensoren met een aansluitkabel zijn een meetinzet en de aansluitkop niet nodig. De temperatuursensor wordt rechtstreeks op de aansluitkabel aangesloten en in de thermowell gestoken. Voor de trekontlasting wordt de beschermbuis aan het uiteinde meerdere malen gerold of geperst (beschermingsklasse IP65). De binnenzijde tussen de huls en de temperatuursensor is gewoonlijk gevuld met een thermisch geleidend materiaal om het thermische contact met het gemeten medium te verbeteren. De maximale meettemperatuur wordt in de eerste plaats bepaald door de temperatuurbestendigheid van de mantel en het isolatiemateriaal van de aansluitkabel.

Wat is een meetinzet?

Meetinzetten zijn kant-en-klare eenheden bestaande uit temperatuursensor en aansluitsokkel, waarbij de temperatuursensor is ondergebracht in een insteekbuis met een diameter van 6 of 8 mm, gemaakt van SnBz6 volgens DIN 17 681 (tot 300 °C) of nikkel. Het wordt in de eigenlijke huls gestoken, die vaak van roestvrij staal is gemaakt.

Hoe kunnen weerstandstemperatuursensoren worden aangesloten?

In de weerstandstemperatuursensor verandert de elektrische weerstand als functie van de temperatuur. Om het uitgangssignaal te registreren, wordt het spanningsverlies gemeten dat door een constante meetstroom wordt veroorzaakt.

Er zijn 3 soorten aansluitingen: tweedraads-, driedraads- en vierdraads-aansluiting. Bij de tweedraads-techniek worden de evaluatie-elektronica en de temperatuursensor verbonden met een tweedraads-kabel.

Bij de driedraadsmethode wordt een extra kabel naar een contact van de weerstandstemperatuursensor geleid. Hierdoor ontstaan twee meetcircuits, waarvan er een als referentie wordt gebruikt. De vierdraadstechniek biedt de meest optimale aansluitmogelijkheid voor weerstandsthermometers. Het meetresultaat wordt niet beïnvloed door de afleidingsweerstanden of hun temperatuurafhankelijke schommelingen.

Waarom kunnen onjuiste meetwaarden optreden bij tweedraadstechniek?

Net als elke andere elektrische geleider heeft de kabel tussen de temperatuursensor en de evaluatie-elektronica een weerstand die in serie staat met de temperatuursensor. Dit betekent dat de twee weerstanden worden opgeteld, wat resulteert in een systematisch hogere temperatuurmeting. Op grotere afstanden kan de lijnweerstand oplopen tot enkele ohms en een aanzienlijke vervalsing van de gemeten waarde veroorzaken.

Om de beschreven problemen van de tweedraadstechniek te vermijden en toch zonder meeraderige kabels te kunnen werken, worden tweedraadsmeetomvormers gebruikt: De meetomvormer zet het sensorsignaal om in een gestandaardiseerd, temperatuur-lineair stroomsignaal van 4 ... 20 mA. De omvormer wordt gevoed via dezelfde twee verbindingskabels, met een basisstroom van 4 mA. Vanwege deze verhoogde nulwaarde wordt ook de term "live zero" gebruikt. De tweedraadszender biedt ook het voordeel dat de storingsgevoeligheid van het signaal aanzienlijk wordt verminderd door het signaal te versterken.

Er zijn twee mogelijkheden voor plaatsing van de meetomvormer. Aangezien de afstand van het onversterkte signaal zo klein mogelijk moet worden gehouden om de storingsgevoeligheid van het signaal te verminderen, kan het rechtstreeks in de aansluitkop van de thermometer worden gemonteerd. Deze optimale oplossing wordt soms tegengesproken door ontwerpbeperkingen of door het feit dat de zender in geval van storing moeilijk bereikbaar kan zijn. In dat geval wordt een zender voor railmontage in de schakelkast gebruikt. Het voordeel van een betere toegankelijkheid gaat echter ten koste van een langere afstand die het onversterkte signaal moet overbruggen.

Wat is het voordeel van de derde kabel in de driedraads-techniek?

De driedraadsschakeling maakt het mogelijk de lijnweerstand te compenseren, zowel in grootte als in temperatuurafhankelijkheid. Voorwaarde is echter dat de eigenschappen van de drie geleiders identiek zijn en dat zij aan dezelfde temperaturen worden blootgesteld. Aangezien dit in de meeste gevallen met voldoende nauwkeurigheid het geval is, is de driedraads-techniek tegenwoordig het meest gangbaar. Lijnbalancering is niet nodig.

Hoe werkt de vierdraads-techniek?

De sensor wordt via de voedingskabels van meetstroom voorzien. Het spanningsverlies bij de meetweerstand wordt afgetapt via de meetkabels. Als de ingangsweerstand van de nageschakelde elektronica vele malen hoger is dan de leidingsweerstand, kan dit worden verwaarloosd. Het op deze wijze bepaalde spanningsverlies is dan onafhankelijk van de eigenschappen van de voedingskabels.

De voor de montage vereiste aansluitinstructies is als volgt weergegeven:


temperature_t1q3